纳米晶镁合金粉末微波辅助包套挤压致密化机理研究

This project proposes a new way to obtain nanocrystalline bulk magnesium alloy materials, which studies on densification mechanism of nanocrystalline magnesium alloy powders by microwave assisted sheath extrusion. This can greatly improve the performance of magnesium alloy materials. Compared with the traditional densification forming, by applying microwave radiation in extrusion feeding zone, the temperature gradient and grain growth will inevitably bring new influence. In addition, the stress-strain characteristics and metal flow forming also have significant changes, which need related basic theories and technical problems to solve. This project mainly studies on thermal stability of nanocrystalline magnesium alloy powders, the effect of microwave on the temperature gradient and temperature transfer, extrusion parameters and microwave coupling effect on extrusion forming mechanism and material flow dynamic behavior, and discuss the formation of defects and form mechanism, and the formation of defects and form mechanism. The purpose of this project is to establish the theory of densification mechanism of nanocrystalline magnesium alloy powders by microwave assisted sheath extrusion.

针对目前纳米晶镁合金粉末难以全致密化的问题，提出微波辅助包套挤出致密化成形工艺，利用微波辅助驱动作用，实现纳米晶镁合金粉末的完全致密化，同时大幅度提升纳米镁合金材料的性能。与传统的致密化成形相比，送料区的微波辐射属于非接触加热且瞬间温升快速，这对粉体的温度梯度、晶粒成长规律必然带来新的影响；此外，致密成形的应力应变特征及金属流动行为也有显著变化，从微观结构和控制缺陷等诸多方面进行系统深入的研究。本项目主要研究纳米晶镁合金粉末的组织热稳定性、微波辅助对温度梯度及温度传递的影响规律、微波辅助辐射对孔洞湮没的影响机制、挤出参数与微波辐射耦合作用对挤出成形极限的影响机理、微波辅助温度场耦合变形过程中材料的动态流动行为等塑性变形规律，并讨论缺陷形式及形成机制，建立微波辅助-金属包套挤出致密耦合机制的理论。

本项目主要采用理论分析、耦合场有限元模拟和工艺试验研究相结合的研究方法，研究并揭示纳米晶镁合金粉末电磁辅助包套挤压致密化机理，掌握各工艺因素对致密行为和变形特征的影响规律。.（1）本研究选用AZ31镁合金粉末，晶粒尺寸20nm，颗粒尺寸1μm，包套挤压致密化过程均处于保护气氛下进行。通过包套挤压试验获得挤压致密成形下的应力应变曲线及致密度变化规律，在电磁辅助辐射加热模拟过程中考虑温升速率和温度区间的影响规律，选择适宜的温度值及相应的材料模型。具有Mac和ANSYS有限元模拟平台，编写联系和调用两个软件之间的子程序，实现致密化成形过程中包套几何尺寸与电磁辐射等效温度场的相互传递，建立电磁辐射辅助包套挤压致密化变形过程耦合场有限元模型。.（2）针对不同挤压成形作用下的铝合金包套，通过电磁辅助辐射加热试验研究包套挤压成形极限和破裂行为的影响规律，分析包套挤压成形与电磁辅助辐射温度场耦合变形过程中材料的动态流动行为及特征，研究电磁辐射作为烧结驱动激活能时晶粒之间相互作用规律，揭示电磁辐射对颗粒之间结合特征的影响机理。.（3）从上述试验过程中总结电磁辅助辐射包套挤压成形中的主要缺陷形式，结合应力应变状态及变形规律分析探讨缺陷的控制方法，优化工艺参数。.（4）材料组织结构与性能分析测试实验，在电磁辐射辅助镁合金粉末致密化过程的各个阶段，根据需要对材料进行相关分析测试。主要包括：采用XRD分析测定致密成形时材料的物相组成，采用DSC分析测定电磁辐射辅助对再结晶过程的影响规律，采用XRD、TEM、HRTEM研究材料的结晶取向、组织形态与晶粒尺寸，采用XRD观察粉末及成形后材料的表面形貌。